【优化方案】浙江省高考物理总复习 第4章第四节 万有引力与航天课件 大纲人教

第四节万有引力与航天

课堂互动讲练经典题型探究知能优化演练第四节万有引力与航天基础知识梳理基础知识梳理一、开普勒行星运动规律定律内容图示开普勒第一定律所有的行星绕太阳运动的轨道都是_____，太阳处在椭圆的一个______上开普勒第二定律对任意一个行星而言，它与太阳的_____在相等的时间内扫过_____的面积开普勒第三定律所有行星轨道半长轴的____方跟它的公转周期的____方的比值都相等.＝k椭圆焦点连线相等三次二次特别提示：(1)开普勒三定律虽然是根据行星绕太阳的运动总结出来的，但也适用于卫星绕行星的运动．(2)开普勒第三定律中的k是一个与运动天体无关的量，只与被环绕的中心天体有关．二、万有引力定律1．内容：自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的方向在它们的连线上，引力的大小与物体的质量m1和m2的______成正比，与它们之间______________成反比．2．公式：F＝_________，其中G＝6.67×10－11N·m2/kg2.3．适用条件：严格地说，公式只适用于_____间的相互作用，当两个物体间的距离_______物体本身的大小时，公式也可以使用．对于均匀的球体，r是________________．乘积距离r的二次方远大于质点两球心间的距离三、三种宇宙速度宇宙速度数值(km/s)意义第一宇宙速度7.9这是卫星绕地球做圆周运动的最小发射速度，若7.9km/s≤v<11.2km/s，物体绕______运行(环绕速度)第二宇宙速度11.2这是物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度，若11.2km/s≤v<16.7km/s，物体绕_____运行(脱离速度)第三宇宙速度16.7这是物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度，若

v≥16.7km/s，物体将脱离_______在宇宙空间运行(逃逸速度)地球太阳太阳系名师点拨：(1)三种宇宙速度均指的是发射速度，不能理解为环绕速度．(2)第一宇宙速度既是最小发射速度，又是卫星绕地球做匀速圆周运动的最大环绕速度．四、关于同步卫星的五个“一定”1．轨道平面一定：轨道平面与赤道平面共面．2．周期一定：与地球自转周期相同，即T＝24h.3．角速度一定：与地球自转的角速度相同．课堂互动讲练一、万有引力与重力的关系1．万有引力对物体的作用效果可以等效为两个力的作用，一个是重力mg，另一个是物体随地球自转所需的向心力F向．如图4－4－1所示，图4－4－1答案：：AB三、人人造卫卫星的的绕行行速度度、角角速度度、周周期、、向心心加速速度与与半径径的关关系即时应应用(即时突突破，，小试试牛刀刀)3.美国的的全球球卫星星定位位系统统(简称GPS)由24颗卫星星组成成，这这些卫卫星距距地面面的高高度均均为20000km.我国的的“北斗一一号”卫星定定位系系统由由三颗颗卫星星组成成，三三颗卫卫星都都定位位在距距地面面36000km的地球球同步步轨道道上．．比较较这些些卫星星，下下列说说法中中正确确的是是()A．“北斗一一号”系统中中的三三颗卫卫星的的质量量必须须相同同B．GPS的卫星星比“北斗一一号”的卫星星周期期短C．GPS的卫星星比“北斗一一号”的卫星星的加加速度度大D．GPS的卫星星比“北斗一一号”的卫星星的运运行速速度小小(2)人造地地球卫卫星的的最小小发射射速度度等于于近地地卫星星的运运行速速度，，此时时发射射卫星星的动动能全全部作作为绕绕行的的动能能而不不需要要转化化为重重力势势能．．此速速度即即为第第一宇宇宙速速度，，此时时v发射＝v环绕，即第第一宇宇宙速速度也也等于于最大大环绕绕速度度．2．两种种周期期——自转周周期和和公转转周期期自转周周期是是天体体绕自自身某某轴线线转动动一周周的时时间，，公转转周期期是卫卫星绕绕中心心天体体做圆圆周运运动一一周的的时间间．一一般情情况下下天体体的自自转周周期和和公转转周期期是不不等的的，如如：地地球自自转周周期为为24小时，，公转转周期期为365天．但但也有有相等等的，，如月月球，，自转转、公公转周周期都都约为为27天，所以以地球上上同一地地点看到到的都是是月球固固定的一一面(同步卫星星也是如如此)．即时应用用(即时突破破，小试试牛刀)4.(2010年高考天天津卷)探测器绕绕月球做做匀速圆圆周运动动，变轨轨后在周周期较小小的轨道道上仍做做匀速圆圆周运动动，则变变轨后与与变轨前前相比()A．轨道半半径变小小B．向心加加速度变变小C．线速度度变小D．角速度度变小经典题型探究题型一有关天体的计算例1(2011年丽水模模拟)我国“嫦娥二号号”月球探测测器在绕绕月球成成功运行行之后，，为进一一步探测测月球的的详细情情况，又又发射了了一颗绕绕月球表表面飞行行的科学学试验卫卫星．假假设卫星星绕月球球做圆周周运动，，月球绕绕地球也也做圆周周运动，，且轨道道都在同同一平面面内．已已知卫星星绕月球球运动周周期T0，地球表面处处的重力加速速度g，地球半径R0，月心与地心心间的距离r0m，引力常量G，试求：(1)月球的平均密密度ρ；(2)月球绕地球运运转的周期T.变式训练1(2009年高考全国卷卷Ⅰ)天文学家新发发现了太阳系系外的一颗行行星．这颗行行星的体积是是地球的4.7倍，质量是地地球的25倍．已知某一一近地卫星绕绕地球运动的的周期约为1.4小时，引力常常量G＝6.67×10－11N·m2/kg2，由此估算该该行星的平均均密度约为()A．1.8×103kg/m3B．5.6×103kg/m3C．1.1×104kg/m3D．2.9×104kg/m3(2009年高考安徽理理综卷)2009年2月11日，俄罗斯的的“宇宙－2251”卫星和美国的的“铱－33”卫星在西伯利利亚上空约805km处发生碰撞．．这是历史上上首次发生的的完整在轨卫卫星碰撞事件件．碰撞过程程中产生的大大量碎片可能能会影响太空空环境．假定定有甲、乙两两块碎片，绕绕地球运动的的轨道都是圆圆，甲的运行行速率比乙的的大，则下列列说法中正确确的是()A．甲的运行周周期一定比乙乙的长B．甲距地面的的高度一定比比乙的高C．甲的向心力力一定比乙的的小D．甲的加速度度一定比乙的的大题型二有关卫星各运行参量的比较例2【答案】D【方法技巧】卫星运行的线线速度、角速速度、向心加加速度、周期期都是由轨道道半径r决定的．变式训练2(2010年高考山东理理综卷)1970年4月24日，我国自行行设计、制造造的第一颗人人造卫星“东方红一号”发射成功，开开创了我国航航天事业的新新纪元．“东方红一号”的运行轨道为为椭圆轨道，，其近地点M和远地点N的高度分别为为439km和2384km，则()图4－4－2A．卫星在M点的势能大于于N点的势能B．卫星在M点的角速度大大于N点的角速度C．卫星在M点的加速度大大于N点的加速度D．卫星在N点的速度大于于7.9km/s(满分样板8分)如图4－4－3，一宇航员站站在某质量分分布均匀的星星球表面一斜斜坡上的A点，沿水平方方向以初速度度v0抛出一个小球球，测得经时时间t落到斜坡上另另一点B，斜坡的倾角角为α，已知该星球球半径为R，求：(1)该星球表面的的重力加速度度；(2)该星球的第一一宇宙速度．．题型三天体运动中的综合问题例3图4－4－3【方法技巧】解决此类题的的关键是要明明确卫星的第第一宇宙速度度等于近地卫卫星的环绕速速度．变式训练3宇航员在月球球表面完成下下面实验：在在一固定的竖竖直光滑圆弧弧轨道内部的的最低点，静静止一质量为为m的小球(可视为质点)，如图4－4－4所示．当给小小球一水平初初速度v0时，刚好能使使小球在竖直直平面内做完完整的圆周运运动．已知圆圆弧轨道半径径为r，月球的半径径为R，万有引力常常量为G.若在月球表面面发射一颗环环月卫星，所所需最小发射射速度为()图4－4－4(2010年高考江苏卷卷)2009年5月，航天飞机机在完成对哈哈勃空间望远远镜的维修任任务后，在A点从圆形轨轨道Ⅰ进入椭圆轨轨道Ⅱ，B为轨道Ⅱ上的一点，，如图4－4－5所示．关于于航天飞机机的运动，，下列说法法中正确的的有()题型四关于卫星、飞船的变轨问题例4图4－4－5A．在轨道Ⅱ上经过A的速度小于于经过B的速度B．在轨道Ⅱ上经过A的动能小于于在轨道Ⅰ上经过A的动能C．在轨道Ⅱ上运动的周周期小于在在轨道Ⅰ上运动的周周期D．在轨道Ⅱ上经过A的加速度小小于在轨道道Ⅰ上经过A的加速度【解析】航天飞机在在轨道Ⅱ上从远地点点A向近地点B运动的过程程中万有引引力做正功功，所以A点的速度小小于B点的速度，，A正确；航天天飞机在A点减速后才才能做向心心运动，从从圆形轨道道Ⅰ进入椭圆轨轨道Ⅱ，所以在轨轨道Ⅱ上经过A点的动能小小于在轨道道Ⅰ上经过A点的动能，，B正确；【答案】ABC变式训练4(2009年高考福建建理综卷)“嫦娥一号”月球探测器